鏈路層概述
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多路訪問鏈路和協議
0.導入
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兩種類型的網絡鏈路
- 點對點鏈路
- 廣播鏈路
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對於廣播鏈路要討論多路訪問問題:如何協調多個發送和接收結點對一個共享廣播信道的訪
問，這就是多路訪問問題( multiple access problem) 。 -
多路訪問協議規範它們在共享的廣播信道上的傳輸行爲
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碰撞
- 因爲所有的結點都能夠傳輸幀，所以多個結點可能會同時傳輸幀 。 當發生這種情況時，所有結點同時接到多個幀;這就是說，傳輸的幀在所有的接收方處碰撞( collide)
- 通常，當碰撞發生時，沒有一個接收結點能夠有效地獲得任何傳輸的幀
1. 信道劃分協議
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時分多路複用 (TDM)
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原理
- TDM 將時間劃分爲時間幀( time frame) ，並進一步劃分每個時間幀爲 N 個時隙( slot) 。
- 然後把每個時隙分配給 N 個結點中的一個
- 無論何時某個結點在有分組要發送的時候，它在循環的 TDM 幀中指派給它的時隙內傳輸分組比特 。
- 通常，選擇的時隙長度應使一個時隙內能夠傳輸單個分組 。
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優勢
- 消除了碰撞而且非常公平
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缺點
- 結點被限制於 RlNbps 的平均速率，即使當它是唯一有分組要發送的結點時 。
- 結點必須總是等待它在傳輸序列中的輪次，即我們再次看到，即使它是唯一一個有幀要發送的結點
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頻分多路複用 (FDM)
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原理
- FDM 在單個較大的 R bps 信道中創建了 N 個較小的 RIN bps 信道
- FDM 將 R bps 信道劃分爲不同的頻段並把每個頻率分配給 N 個結點中的一個 。
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優勢
- 消除了碰撞而且非常公平
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缺點
- 限制一個結點只能使用 RIN 的帶寬，即使當它是唯一一個有分組要發送的結點時· 。
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碼分多址 (Code Division Multiple Access , CDMA)
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CDMA 對每個結點分配一種不同的編碼 。 然後每個結點用它唯一的編碼來對它發送的數據進行編碼。
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如果精心選擇這些編碼， CDMA 網絡具有一種奇妙的特性，即不同的結點能夠同時傳輸，並且它們各自相應的接收方仍能正確接收發送方編碼的數據比特(假設接收方知道發送方的編碼) ，而不在乎其他結點的干擾傳輸 。
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CDMA 已經在軍用系統中使用了一段時間(由於它的抗干擾特性) .
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2. 隨機接入協議
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原理
- 在隨機接人協議中，一個傳輸結點總是以信道的全部速率(即 R bps) 進行發送 。
- 當有碰撞時，涉及碰撞的每個結點反覆地重發它的幀(也就是分組) ，到該幀無碰撞地通過爲止。
- 但是當一個結點經歷一次碰撞時，它不必立刻童發該幀。相反，它在重發該幀之前等待一個隨機時延。涉及碰撞的每個結點獨立地選擇隨機時延 。
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ALOHA協議
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時隙ALOHA
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原理
- 令 p 是一個概率，即一個在 0 和 1 之間的數
- 當結點有一個新幀要發送時，它等到下一個時隙開始並在該時隙傳輸整個幀 。
- 如果沒有碰撞，該結點成功地傳輸它的幀，從而不需要考慮重傳該幀 。 (如果該結點有新幀，它能夠爲傳輸準備一個新幀 。 )
- 如果有碰撞，該結點在時隙結束之前檢測到這次碰撞 。 該結點以概率 p 在後續的每個時隙中重傳它的幀，直到該幀被無碰撞地傳輸出去 。
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優勢
- 當只有唯一活躍的結點時允許其全速傳輸
- 高度分散，各個結點的操作自行決定
- 協議簡單
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成功時隙和效率
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定義
- 剛好有一個結點傳輸的時隙稱爲一個成功時隙( successful slot)
- 時隙多路訪問協議的效率 (effeiency) 定義爲:當有大量的活躍結點且每個結點總有大量的幀要發送時，長期運行中成功時隙的份額 。
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效率
- 假設有 N 個結點。則一個給定時隙是成功時隙的概率爲結點之一傳輸而餘下的 N -1個結點不傳輸的概率
- 一個給定結點成功傳送的概率是 p( 1 - p) ^(N-1)
- 因爲有 N 個結點，任意一個結點成功傳送的慚率是 Np( 1 - p) ^(N-1)
- 當有 N 個活躍結點時，時隙 ALOHA 的效率是 Np( 1 - p) ^(N-1)
- 協議的最大效率爲 l/e =0. 37
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純ALOHA
- 前一個 ALOHA 協議[Abramson 1970 ] 實際上是一個非時隙、完全分散的協議。
- 在純 ALOHA巾，當一幀首次到達(即一個網絡層數據報在發送結點從網絡層傳遞下來) .結點立刻將該幀完整地傳輸進廣播信道 。 如果一個傳輸的幀與一個或多個傳輸經歷了碰撞，這個結點將立即(在完全傳輸完它的碰撞幀之後)以概率 p 重傳該幀。 否則，該結點等待一個幀傳輸時間 。在此等待之後，它則以概率 p 傳輸該幀，或者以概率 1 -p 在另一個幀時間等待(保持空閒)。
- 一個給定的結點成功傳輸一次的概率是 p( 1 -p)^2(N-1) 。 通過與時隙 ALOHA 情況一樣來取極限，我們求得純 ALOHA 協議的最大效率僅爲1I(劃，這剛好是時隙 ALOHA 的一半 。
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載波偵聽多路訪問（CSMA）協議
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ALOHA的缺點
- 在時隙和純 ALOHA 巾，一個結點傳輸的決定獨立於連接到這個廣播信道上的其他結點的活動,就像雞尾酒會上喋喋不休而不管其他人是否要講話的粗魯的客人
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載波偵昕多路訪問( Ca.rrier Sense Mult:iple Access , CSMA)
- 對於CSMA,即使有監聽,但由於傳輸比特的時間差,仍然可能產生碰撞
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具有碰撞檢測的 CSMA(CSMA wi山 Collisjon Detection, CSMA/CD)
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運行
- 1)適配器從網絡層一條挾得數據報，準備鏈路層幀，並將其放入幀適配器緩存中 。
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- 如果適配器偵聽到信道空閒(即元信號能量從信道進入適配器) ，它開始傳輸幀。如果適配器偵聽到信道正在忙，它將等待，直到偵聽到沒有信號能量時纔開始傳輸幀 。
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- 在傳輸過程中，適配器監視來自其他使用該廣播信道的適配器的信號能量的存在 。
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- 如果適配器傳輸整個幀而未檢測到來自其他適配器的信號能量，該適配器就完成了該幀 。 在另一方面，如果適配器在傳輸時檢測到來自其他適配器的信號能量，它中止傳輸(即它停止了傳輸幀) 。
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- 中止傳輸後，適配器等待一個隨機時間量，然後返回步驟 2 0
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隨機時間量
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等待一個隨機(而不是罔定)的時間量的需求是明確的一一如果兩個結點同時傳輸幀，然後這兩個結點等待相同固定的時間量，它們將持續碰撞下去
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隨機時間的確定(二進制指數後退)
- 當傳輸一個給定幀時，在該幀經歷了一連串的幾次碰撞後，結點隨機地從 10 ， 1, 2 ，…， γ-11 中選擇一個 K 值 。
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效率
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當只有一個結點有一個幀發送時，該結點能夠以信道全速率進行傳輸
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如果很多結點都有幀要發送，信道的有效傳輸速率可能會小得多
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定義 CSMAlCD 效率 (efficiency of CSMA/CD) 定義
- 當有大量的活躍結點，且每個結點有大量的幀要發送時，幀在信道中元碰撞地傳輸的那部分時間在長期運行時間中所佔的份額 。
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效率近似式
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3. 輪流協議
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輪詢協議
- 要求這些結點之一要被指定爲主結點 。 主結點以循環的方式輪詢 ( poll ) 每個結點 。
- 主結點首先向結點 l 發送一個報文，告訴它(結點 1 )能夠傳輸的幀的最多數量。
- 在結點 l 傳輸了某些幀後，主結點告訴結點 2 它(結點 2) 能夠開始傳輸了.
- 傳輸的幀的最多數量 。 (主結點能夠通過觀察在信道上是否缺乏信號，來決定一個結點何時完成了幀的發送。 )
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令牌傳遞協議
- 在這種協議中沒有主結點 。一個稱爲令牌 (loken) 的小的特殊幀在結點之間以某種固定的次序進行交換 。
- 結點 1 可能總是把令牌發送給結點 2 ，結點 2 可能總是把令牌發送給結點 3 ，而結點 N 可能總是把令牌發送給結點 1 。
- 當一個結點收到令牌時，僅當它有一些幀要發送時，它才持有這個令牌!.;再則，它立即向下一個結點轉發該令牌 。
- 當一個結點收到令牌時，如果它確實有幀要傳輸，它發送最大數目的幀數，然後把令牌轉發給下一個結點
- 令牌傳遞是分散的，井有很高的效率 。
- 一個結點的故障可能會使整個信道崩潰 。
- 如果一個結點偶然忘記了釋放令牌，則必須調用某些恢復步驟使令牌返回到循環中來
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ps:我發現百度百科和我今天整理的筆記相似度達90以上. /黑臉